显式非线性模型预测控制的格点分段仿射逼近及其在移动机器人轨迹跟踪中的应用
系统与控制
2023-02-17 v1 机器人学
系统与控制
摘要
为促进移动机器人在多领域的广泛应用,必须保证其轨迹跟踪性能。针对移动机器人系统相关的约束和非线性特征,我们应用非线性模型预测控制(MPC)实现移动机器人的轨迹跟踪。具体地,为缓解非线性 MPC 的在线计算复杂度,本文设计了一种格点分段仿射(PWA)逼近方法,可同时逼近显式非线性 MPC 的非线性系统与控制律。移动机器人的运动学模型沿轨迹逐次线性化以获得系统的线性时变描述,随后用格点 PWA 模型表示。进而,非线性 MPC 问题可转化为一系列线性 MPC 问题。此外,为降低多个线性 MPC 问题在线计算复杂度,我们利用格点 PWA 模型逼近线性 MPC 的最优解。即,针对不同采样状态,获取最优控制输入,并对状态-控制对构建格点 PWA 逼近。通过仿真将所提方法性能与线性 MPC 和显式线性 MPC 框架进行比较评估。结果表明,与显式线性 MPC 相比,我们的方法具有更高的在线计算速度,且能在不显著增加跟踪误差的情况下减少离线计算时间。
引用
@article{arxiv.2302.08039,
title = {Lattice piecewise affine approximation of explicit nonlinear model predictive control with application to trajectory tracking of mobile robot},
author = {Kangbo Wang and Kaijie Zhang and Yating Huang and Jun Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.08039},
year = {2023}
}